1. 引言:植物育种的定义、范围和目标。2. 作物的起源和驯化:作物起源中心、这一概念在植物育种中的重要性、作物的驯化。3. 植物遗传资源:种质的定义、收集、评估和保存(离体和就地),种质在植物育种计划中的应用。4. 生殖生物学和植物育种:作物的繁殖方式、植物改良中的授粉机制、自交不亲和性和雄性不育性及其在植物育种中的意义。5. 自花授粉和异花授粉作物的选择方法以及无性繁殖植物的克隆选择。6. 杂交:目标;杂交技术和类型以及人工杂交的重要性。7. 自花授粉和异花授粉作物的育种技术:大规模选择、纯系选择、谱系选择和批量方法的方法、优点和缺点。 8. 杂种优势育种:杂种优势、杂种优势和近交衰退的介绍,杂种优势的遗传基础,通过杂种优势育种取得的成果。9. 诱变育种:诱变育种介绍,植物诱变的人工诱导,诱变技术在作物改良中的应用,诱变育种的局限性。10. 回交育种:回交育种的方法、优点和局限性。11. 抗逆育种:逆境类型 - 生物和非生物,抗病育种方法,
自交物种中生长时间的延长(Barrett & Charlesworth, 1991)可以解释自交物种中观察到的较低杂种优势水平。杂种优势的程度在物种内测量性状、遗传背景(Tracy & Chandler, 2006)和测试环境(Flint-Garcia et al., 2009; Lippman & Zamir, 2007; Mindaye et al., 2016)之间差异很大。在没有过度遗传漂变或足够基因流的情况下,植物种群倾向于适应来自生物和非生物挑战的人工或自然选择力量,从而导致对环境的局部适应(Janzen et al., 2022; Leimu & Fischer, 2008)。可以在认为当地植物类型相对于外来引进植物具有适应性的环境中测试当地植物和外来植物性能之间的区别(Kawecki & Ebert, 2004)。鉴于遗传分化和杂种优势之间的普遍关联 (Jordan et al., 2003; Moll et al., 1965; Zhang et al., 2010),不同环境中遗传和表型分化的相互作用对于理解和利用多种来源材料的作物育种计划中的杂种优势至关重要。
温度和有问题的土壤。高粱是最便宜的微量营养素来源之一。因此,高粱生物强化是重中之重。本综述将讨论高粱作为食物和能量来源的价值,以及其谷物结构如何促进最大程度地利用积累的微量营养素。此外,还有遗传控制/基因、铁和锌浓度的数量性状位点 (QTL)、高粱中铁和锌的杂种优势研究、铁和锌与其他农艺性状之间谷物性状关联的遗传变异,以及根据亲本系性能预测铁和锌杂交性能的潜力。还简要介绍了产品开发和近期消费生物强化高粱的前景。关键词:基因作用;一般配合力;杂种优势;营养敏感农业;数量性状位点;特定配合力
杂种优势描述的是杂交植株相对于其亲本的产量和稳健性增加,是现代作物育种的基石 1 。除双亲杂种优势外,在玉米、马铃薯和苜蓿中还观察到同源多倍体渐进杂种优势 (APH),当来自四个不同祖父母的基因组片段组合时,会产生额外的杂种优势效应 2 。APH 尚未在商业育种中得到充分利用,因为减数分裂会重新分配基因型,并且无法生产受益于 APH 的基因一致的种子。先前在拟南芥和水稻中建立的“有丝分裂而非减数分裂”(MiMe) 系统可产生克隆的、未减数的配子 3 – 7 ,但尚未在双子叶作物中建立或在设计多倍体基因组工程中进行测试。在这里,我们建立了番茄多倍体基因组设计,通过两个不同杂交亲本产生的克隆配子的杂交,实现了四种预定义基因组单倍型的可控组合。我们着手在番茄中建立 MiMe 系统,以可控的方式产生克隆配子。基于对番茄减数分裂突变体的基本了解(补充说明 1),我们发现可以通过 SlSPO11-1、SlREC8 和 SlTAM 的突变在自交系番茄中建立功能性 MiMe 系统(图 1a-c、扩展数据图 1 和 2、补充图 1-16 和补充表 1-4)。我们在三种杂交番茄基因型中实施了 MiMe 系统,包括 Moneyberg-TMV ⨯ Micro-Tom (MbTMV-MT) 模型杂交品种、枣番茄商业杂交品种‘Funtelle’和串番茄商业杂交品种‘Maxeza’(图 1a-c)。我们鉴定出两个独立的 MbTMV-MT、三个独立的 Funtelle 和三个独立的 Maxeza 品系,它们在 SlSPO11-1、SlREC8 和
3.2.1 单倍体系的诱导 ...................................................................................................................................... 17 3.2.2 雄性不育系的产生 ...................................................................................................................................... 18 3.2.3 杂种优势的固定 ...................................................................................................................................... 19 3.2.4 自交不亲和性的操控 ...................................................................................................................................... 20 3.2.5 植物育种技术中的其他应用 ...................................................................................................................... 20 3.3 加速作物驯化 ............................................................................................................................................. 21
摘要 杂种优势对于提高作物的产量和质量至关重要。人们已经对开发杂种优势的杂交品种进行了深入研究,并证明其是稳健有效的。细胞质雄性不育 (CMS) 在杂交生产中得到了广泛的研究。CMS 的潜在机制包括细胞毒蛋白的作用、绒毡层细胞的 PCD 和恢复因子的不当 RNA 编辑。另一方面,育性的恢复是由育性恢复 (Rf) 基因或恢复基因的存在引起的,这些基因会抑制导致不育的基因的作用。线粒体和核基因组之间的相互作用对几种调控途径至关重要,正如在 CMS-Rf 系统中观察到的那样,并且发生在基因组、转录、转录后、翻译和翻译后水平。这些 CMS-Rf 机制已在多种作物系统中得到验证。本综述旨在总结CMS–Rf系统的核线粒体相互作用机制,并阐明利用基因工程和基因组编辑等生物技术干预手段实现基于CMS的杂交种。
正向育种是指在适当的环境中选择具有改良性能的重组体,它一直是作物产量随时间推移不断提高的驱动力。杂种优势的发现(杂种优势是指杂交品种相对于其自交系亲本而言具有改良性能)大大提高了杂交育种早期阶段的产量提高率(Sivasankar 等人,2012 年)。生物和非生物胁迫会降低产量,并造成潜在产量与实际产量之间的差距(Duvick,2005 年)。正向育种对于作物改良必不可少,尤其是对于复杂性状和胁迫环境而言,这是一个资源密集且耗时的过程。即使是由单个基因遗传的简单性状,也需要多次回交 (BC) 才能重建受体亲本的基因组。通过传统方法引入性状的另一个缺点是产量拖累,这个术语用来指供体亲本中不需要的基因导致的粮食产量降低,即使经过多次回交,这些基因仍然存在。由于这些基因之前未经过农艺性能选择,它们往往会降低转化品种的可收获产量。假设不进行选择且不抑制重组,则在 m 次回交后仍会保留下来的供体亲本基因数为 n ∗ d ∗ (1/2) m,其中 d 是供体与优良品系之间差异基因座的比例,n 是作物物种中的基因总数。例如,面包小麦有 ∼ 110 K 基因( Consortium et al., 2018 )。如果野生供体种质与轮回亲本在 30% 的基因座上存在差异,则经过四次回交后,转化品种中将继续存在一千多个来自供体亲本的基因。在差异很大的品系之间的杂交中,有限的重组可能会限制供体亲本的基因组片段被引入轮回亲本基因组的比例,但也可能对减少渗入的供体片段的大小构成挑战,从而增加连锁累赘的可能性(Hao et al., 2020)。标记可以帮助减少(但不能消除)BC1 阶段的供体亲本基因组片段。在资源有限的情况下开展的育种计划将
对于四倍体柳枝稷,我们将单倍体定义为两个亚基因组的基因组拷贝丢失。双单倍体技术需要有效的 2n 诱导系统以及随后的基因组加倍,并将提供新的育种机会,例如为商业杂交生产系统选择高性能自交系。不同柳枝稷亚种群的杂合亲本之间的杂交可产生生物量产量的杂种优势(Bhandari 等人,2017 年;Martinez-Reyna 和 Vogel,2008 年;Vogel 和 Mitchell,2008 年)。然而,由于柳枝稷中活跃的遗传不相容系统以及在获得的相对较少的自交基因型中可能发生的近交衰退和不育,自交系尚未开发。如果有更好的自交系,开发高产单交杂交种将是一种可选的育种方法。由于自交系的性能通常与其杂交种的性能相关,因此选择高产自交系可能具有优势(Hayes & Johnson,1939;Sprague,1977)。此外,DH 技术将促进所需性状、外来基因、转基因、染色体片段或整个染色体的渗入和稳定(Devaux & Pickering,2005;Forster & Thomas,2005)。